RU2773508C1 - Method for magnetic control of plasma in tokamak in real time and device for its implementation - Google Patents

Method for magnetic control of plasma in tokamak in real time and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2773508C1
RU2773508C1 RU2021128495A RU2021128495A RU2773508C1 RU 2773508 C1 RU2773508 C1 RU 2773508C1 RU 2021128495 A RU2021128495 A RU 2021128495A RU 2021128495 A RU2021128495 A RU 2021128495A RU 2773508 C1 RU2773508 C1 RU 2773508C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
control
input
output
tokamak
Prior art date
Application number
RU2021128495A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Владимирович Митришкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2773508C1 publication Critical patent/RU2773508C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: magnetic feedback control of the plasma shape and current.
SUBSTANCE: invention relates to a method for magnetic feedback control of the plasma shape and current in vertically elongated tokamaks. The method consists in making two interacting industrial computers in the form of a feedback connection (digital twin of the control system) and remotely connected to a third industrial computer connected directly by feedback to the control object - a high-temperature plasma tokamak. One computer in the digital twin feedback acts as a control object, i.e. is an external model of the control object, and the second computer is the role of a controller (a control device with an algorithm for restoring plasma equilibrium at the input and having an internal model). The controllers of the external model and the tokamak are tuned on their internal models as closely as possible to the real tokamak with plasma, so that when switching to the external model and the tokamak, the guaranteed operation of the control system with the largest margins of stability, with the highest possible accuracy and speed, is ensured. The developed control algorithms on the digital twin are transmitted via remote communication to the tokamak controller.
EFFECT: expanding the possibilities of setting up the magnetic control system for plasma in tokamaks with the maximum approximation of control systems to a real experiment with optimization of their parameters and characteristics, with the possibility of stabilizing the position of the plasma separatrix when reflecting the action of disturbances such as small disruption, and setting the trajectory of the plasma separatrix during the divertor phase of the discharge.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к способам магнитного управления плазмой в токамаках (тороидальных камерах с магнитными катушками) с обратной связью. При этом магнитному управлению подвергаются положение, ток и форма плазмы с алгоритмом восстановления равновесия плазмы в обратной связи и может быть применено для стабилизации положения сепаратрисы плазмы на диверторной фазе разрядов при отражении действия возмущений типа малого срыва в токамаках.The invention relates to methods for magnetic control of plasma in tokamaks (toroidal chambers with magnetic coils) with feedback. In this case, the position, current, and shape of the plasma are subjected to magnetic control with an algorithm for restoring plasma equilibrium in feedback and can be used to stabilize the position of the plasma separatrix in the divertor phase of discharges when reflecting the action of perturbations such as a small disruption in tokamaks.

Известен способ и устройство магнитного управления плазмой в токамаке, в котором используются цифровая система управления плазмой, симулятор системы управления плазмой (модель системы управления), симулятор (модель) самого токамака, которые работают в реальном времени (фиг. 1) (R.D. Deranian, J.R. Ferron, D.A. Humphreys, R.D. Johnson et al. Integrated Plasma Control in Next-Generation Devices. Using DIII-D Modeling and Simulation Approaches. General Atomics Report GA-A24818. 2004). Такой набор составляющих способа управления может применяться в различных сочетаниях: (1А2А) экспериментальное управление токамаком, (1А2В) моделирование "аппаратного контура" (hardware-in-the-loop simulations) и (1В2В) полное программное моделирование системы замкнутого контура. Но такой способ управления плазмой имеет недостаток, заключающийся в том, что система управления не содержит внутренней модели объекта управления, что не позволят предварительно настроить систему на внутренней модели, а затем переключить на внешнюю модель для отработки полного контура управления объектом в реальном времени. Это нужно, чтобы после отработки полного контура управления переключить систему управления на сам объект управления для гарантированного обеспечения работоспособности всей системы управления в целом и достижения необходимых характеристик системы управления: запасов устойчивости, быстродействия и точности.There is a known method and device for magnetic control of plasma in a tokamak, which uses a digital plasma control system, a plasma control system simulator (control system model), a simulator (model) of the tokamak itself, which operate in real time (Fig. 1) (R.D. Deranian, J.R. Ferron, D.A. Humphreys, R.D. Johnson et al. Integrated Plasma Control in Next-Generation Devices. Using DIII-D Modeling and Simulation Approaches. General Atomics Report GA-A24818. 2004). This set of components of the control method can be used in various combinations: (1A2A) experimental tokamak control, (1A2B) hardware-in-the-loop simulations, and (1B2B) full software simulation of a closed loop system. But this method of plasma control has the disadvantage that the control system does not contain an internal model of the control object, which will not allow the system to be pre-configured on the internal model, and then switch to an external model to work out the full control loop of the object in real time. This is necessary in order to switch the control system to the control object itself after working out the complete control loop in order to guarantee the operability of the entire control system as a whole and achieve the necessary characteristics of the control system: margins of stability, speed and accuracy.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ и устройство управления плазмой, в котором при моделировании в реальном времени в замкнутом контуре управления положением, током и формой плазмы используется код (алгоритм) восстановления равновесия плазмы по измерениям вне плазмы (фиг. 2) (RU 2702137 C1, 04.10.2019). Эта идея прототипа расширяется в предлагаемом изобретении, когда создается конфигурация из трех промышленных компьютеров, дающая возможность моделировать в реальном времени замкнутую систему управления плазмой в токамаке с подключением управляющего компьютера на токамак для непосредственного управления плазмой. Недостатком прототипа является отсутствие такой конфигурации, что не позволяет отрабатывать алгоритмы управления в реальном времени с максимальным приближением к реальным условиям работы системы управления с плазмой токамака с последующим применением отработанных алгоритмов реального времени непосредственно для управления плазмой на токамаке.The closest to the invention in technical essence is a method and a device for controlling plasma, in which, when simulating in real time in a closed loop for controlling the position, current and shape of the plasma, the code (algorithm) for restoring plasma equilibrium from measurements outside the plasma (Fig. 2) is used (RU 2702137 C1, 04.10.2019). This prototype idea is expanded in the present invention when a configuration of three industrial computers is created, making it possible to simulate in real time a closed loop plasma control system in a tokamak with a control computer connected to the tokamak for direct control of the plasma. The disadvantage of the prototype is the lack of such a configuration, which does not allow real-time control algorithms to be worked out as close as possible to the real operating conditions of the tokamak plasma control system, followed by the use of proven real-time algorithms directly for plasma control on the tokamak.

Технической проблемой заявленного изобретения является преодоление технических недостатков, присущих аналогам, что ведет к необходимости создания способа магнитного управления плазмой в токамаке в реальном времени с расширенными возможностями настройки системы управления плазмой в реальном времени с последующим переключением на объект управления.The technical problem of the claimed invention is to overcome the technical disadvantages inherent in analogues, which leads to the need to create a method for magnetic plasma control in a tokamak in real time with advanced options for setting up a real-time plasma control system with subsequent switching to the control object.

Техническим результатом заявленного изобретения по способу и устройству является существенное расширение возможностей настройки системы магнитного управления плазмой в токамаках с максимальным приближением систем управления к реальному эксперименту.The technical result of the claimed invention in terms of the method and device is a significant expansion of the possibilities for setting up the magnetic plasma control system in tokamaks with the maximum approximation of control systems to a real experiment.

Технический результат по способу достигается тем, что способ магнитного управления плазмой в токамаках в реальном времени включает имитацию плазмы в токамаке в реальном времени с диагностикой, исполнительными устройствами, контурами управления горизонтальным и вертикальным положением плазмы и токами в обмотках полоидального поля как модель объекта управления на трех промышленным компьютерах с устройствами связи с объектом управления,The technical result of the method is achieved by the fact that the method of magnetic control of plasma in tokamaks in real time includes simulating plasma in a tokamak in real time with diagnostics, actuators, control loops for the horizontal and vertical position of the plasma and currents in the poloidal field windings as a model of the control object on three industrial computers with devices for communication with the control object,

на первом промышленном компьютере имитируют модель объекта управления, а на двух других промышленных компьютерах имитируют модель объекта управления и регулятор тока и формы плазмы, соединенных между собой в контур внутренней обратной связи с алгоритмом восстановления равновесия на входе регулятора,on the first industrial computer, the model of the control object is simulated, and on the other two industrial computers, the model of the control object and the regulator of current and plasma forms are simulated, interconnected in an internal feedback loop with an algorithm for restoring equilibrium at the input of the regulator,

при этом во втором и третьем промышленных компьютерах применяют по два многомерных переключателя, посредством которых переключают на втором компьютере регулятор с внутренней модели на внешнюю модель объекта и обратно для настройки системы управления на внутренней модели объекта и отработки ее на внешней модели объекта, которая моделируется на первом промышленном компьютере, и позволяет имитировать вместе с подключенным к ней регулятором второго компьютера реальный физический эксперимент на токамаке,at the same time, two multidimensional switches are used in the second and third industrial computers, by means of which the controller is switched on the second computer from the internal model to the external model of the object and vice versa to set up the control system on the internal model of the object and work it out on the external model of the object, which is modeled on the first industrial computer, and allows simulating, together with the controller of the second computer connected to it, a real physical experiment on a tokamak,

к каждому из трех промышленных компьютеров подключают автоматизированное рабочее место, состоящее из персонального компьютера для разработки и моделирования систем управления плазмой в компьютерном времени с дисплеем для визуализации моделирования процессов управления плазмой, осуществляют загрузку из персональных компьютеров разработанных регуляторов и моделей плазмы в промышленные компьютеры, а также к трем промышленным компьютерам подключают дисплеи для визуализации внутренних процессов управления в реальном времени,each of the three industrial computers is connected to an automated workstation, consisting of a personal computer for developing and simulating plasma control systems in computer time with a display for visualizing the simulation of plasma control processes, loading the developed regulators and plasma models from personal computers into industrial computers, as well as displays are connected to three industrial computers to visualize internal control processes in real time,

к каждому из трех персональных компьютеров подключают сервер базы данных, посредством которого для всех автоматизированных рабочих мест загружают данные для разработки систем управления плазмой в компьютерном времени с дальнейшей загрузкой в промышленные компьютеры для целей моделирования систем управления плазмой в реальном времени и управления плазмой в реальном времени,a database server is connected to each of the three personal computers, through which data is downloaded for all workstations for the development of plasma control systems in computer time with further loading into industrial computers for the purpose of modeling real-time plasma control systems and real-time plasma control,

третий промышленный компьютер с автоматизированным рабочим местом и дисплеем устанавливают и подключают непосредственно к токамаку, настраивают регулятор с алгоритмом восстановления равновесия плазмы на его входе на внутренней модели объекта в реальном времени, переключают его на токамак и управляют током и формой плазмой в реальном времени в течении плазменных разрядов,the third industrial computer with a workstation and display is installed and connected directly to the tokamak, the regulator is set up with the plasma rebalancing algorithm at its input on the internal model of the object in real time, it is switched to the tokamak and the current and shape of the plasma are controlled in real time during the plasma discharges,

для развития систем управления плазмой посредством удаленного доступа изменяют регулятор в третьем промышленном компьютере на новый регулятор, настраивают его на внутренней модели объекта и переключают на управление плазмой в токамаке в реальном времени посредством двух многомерных переключателей.for the development of plasma control systems through remote access, the controller in the third industrial computer is changed to a new controller, tuned on the internal model of the object, and switched to control the plasma in the tokamak in real time by means of two multidimensional switches.

Технический результат по устройству достигается тем, что устройство магнитного управления плазмой в токамаках в реальном времени содержит токамак в виде тороидальной камеры с магнитными катушками, диагностикой, исполнительными устройствами, контурами управления горизонтальным и вертикальным положением плазмы и токами в обмотках полоидального поля как объект управления, *при этом управляющее устройство состоит из трех промышленных компьютеров, на первом промышленном компьютере в реальном времени моделируется внешняя модель объекта управления, вход которой соединен через первый многомерный переключатель с выходом регулятора второго промышленного компьютера, а выход соединен с отрицательным входом первого сумматора через второй многомерный переключатель второго промышленного компьютера, выход регулятора подключен через первый многомерный переключатель со входом внутренней модели, выход которой соединен через второй многомерный переключатель со отрицательным входом сумматора, положительный вход сумматора соединен с генератором задающее воздействие внутри второго промышленного компьютера, выход первого сумматора подключен ко входу регулятора, вход первого промышленного компьютера соединен с выходом первого автоматизированного рабочего места, а первый выход с первым дисплеем, второй выход первого промышленного компьютера соединен со входом сервера, первый выход которого подключен ко входу второго автоматизированного рабочего места, выход этого автоматизированного рабочего места соединен со вторым дисплеем, причем другой выход соединен со вторым входом внешней модели,The technical result of the device is achieved by the fact that the device for magnetic control of plasma in tokamaks in real time contains a tokamak in the form of a toroidal chamber with magnetic coils, diagnostics, actuators, control loops for the horizontal and vertical position of the plasma and currents in the windings of the poloidal field as a control object, * in this case, the control device consists of three industrial computers, on the first industrial computer an external model of the control object is simulated in real time, the input of which is connected through the first multidimensional switch to the output of the controller of the second industrial computer, and the output is connected to the negative input of the first adder through the second multidimensional switch of the second industrial computer, the output of the regulator is connected through the first multidimensional switch with the input of the internal model, the output of which is connected through the second multidimensional switch with the negative input of the adder, positive the input of the adder is connected to the generator setting action inside the second industrial computer, the output of the first adder is connected to the input of the regulator, the input of the first industrial computer is connected to the output of the first workstation, and the first output is connected to the first display, the second output of the first industrial computer is connected to the input of the server, the first the output of which is connected to the input of the second workstation, the output of this workstation is connected to the second display, and the other output is connected to the second input of the external model,

причем второй выход сервера дистанционно подключен к первому входу третьего автоматизированного рабочего места, выход которого подключен ко входу третьего промышленного компьютера, соединенного своим выходом с четвертым дисплеем, вход токамака через третий многомерный переключатель соединен с выходом регулятора, который через тот же многомерный переключатель подключен ко входу второй внутренней модели объекта управления, а выход этой модели через четвертый многомерный переключатель соединен с отрицательным входом второго сумматора, другой положительный вход сумматора соединен с генератором задающего воздействия внутри третьего промышленного компьютера, а выход соединен со входом второго регулятора, другой выход третьего автоматизированного рабочего места соединен с пятым дисплеем.moreover, the second output of the server is remotely connected to the first input of the third workstation, the output of which is connected to the input of the third industrial computer, connected by its output to the fourth display, the input of the tokamak is connected through the third multidimensional switch to the output of the controller, which is connected to the input through the same multidimensional switch the second internal model of the control object, and the output of this model through the fourth multidimensional switch is connected to the negative input of the second adder, the other positive input of the adder is connected to the generator of the master action inside the third industrial computer, and the output is connected to the input of the second controller, the other output of the third workstation is connected with a fifth display.

На фиг. 1 - схема компонентов моделирования и управления плазмой в токамаке - аналог.In FIG. 1 is a diagram of the components for modeling and controlling plasma in a tokamak - analog.

На фиг. 2 - схема моделирования системы управления положением, током и формой плазмы с алгоритмом восстановления равновесия плазмы в обратной связи - прототип.In FIG. 2 - a diagram of a simulation of a control system for the position, current and shape of a plasma with an algorithm for restoring plasma equilibrium in feedback - a prototype.

На фиг. 3 - общая схема заявляемого устройства.In FIG. 3 is a general diagram of the proposed device.

Устройство содержит токамак 1, внешнюю модель объекта управления (первый промышленный компьютер) 2, первую 3 и вторую 4 внутренние модели объекта управления, пятый 5 и шестой 6 регуляторы, седьмой 7, восьмой 8, девятый 9 и десятый 10 многомерные переключатели, одиннадцатое 11, двенадцатое 12, тринадцатое 13 автоматизированные рабочие места, четырнадцатый 14, пятнадцатый 15, шестнадцатый 16, семнадцатый 17 и восемнадцатый 18 дисплеи, девятнадцатый 19 сервер, двадцатый 20 и двадцать первый 21 сумматоры, двадцать второй 22 и двадцать третий 23 промышленные компьютеры.The device contains a tokamak 1, an external model of the control object (the first industrial computer) 2, the first 3 and second 4 internal models of the control object, the fifth 5 and sixth 6 regulators, the seventh 7, the eighth 8, the ninth 9 and the tenth 10 multidimensional switches, the eleventh 11, twelfth 12, thirteenth 13 workstations, fourteenth 14, fifteenth 15, sixteenth 16, seventeenth 17 and eighteenth 18 displays, nineteenth 19 server, twentieth 20 and twenty-first 21 adders, twenty-second 22 and twenty-third 23 industrial computers.

На фиг. 3 показано: С - сервер, АРМ - автоматизированное рабочее место, Д - дисплей, ПК - промышленный компьютер, Р - регулятор, Мвнутр. - внутренняя модель объекта, Мвнеш. - внешняя модель объекта, К1, К2, К3, К4 - многомерные переключатели.In FIG. 3 shows: C - server, workstation - workstation, D - display, PC - industrial computer, R - controller, M ext. - internal model of the object, M ext. - external model of the object, K1, K2, K3, K4 - multidimensional switches.

Способ магнитного управления плазмой в токамаках в реальном времени включает имитацию плазмы в токамаке 1 в реальном времени с диагностикой, исполнительными устройствами, контурами управления горизонтальным и вертикальным положением плазмы и токами в обмотках полоидального поля как модель объекта управления на трех промышленным компьютерах 2, 22 и 23 с устройствами связи с объектом управления.The method of magnetic control of plasma in tokamaks in real time includes simulating plasma in tokamak 1 in real time with diagnostics, actuators, control loops for the horizontal and vertical position of the plasma and currents in the poloidal field windings as a model of the control object on three industrial computers 2, 22 and 23 with communication devices with the control object.

На первом промышленном компьютере 2 имитируют модель объекта управления, а на двух других промышленных компьютерах 22 и 23 имитируют модели объекта управления 3 и 4 и регуляторы тока и формы плазмы 5 и 6, соединенных между собой в контур внутренней обратной связи с алгоритмом восстановления равновесия на входе регулятора, а во втором 22 и третьем 23 промышленных компьютерах применяют по два многомерных переключателя 7, 8 и 9, 10, посредством которых переключают на втором компьютере 22 регулятор 5 с внутренней модели 3 на внешнюю модель объекта 2 и обратно для настройки системы управления на внутренней модели объекта 3 и отработки ее на внешней модели объекта 2, которая моделируется на первом промышленном компьютере 2, и позволяет имитировать вместе с подключенным к ней регулятором 5 второго компьютера 22 реальный физический эксперимент на токамаке 1.On the first industrial computer 2, the model of the control object is simulated, and on the other two industrial computers 22 and 23, the models of the control object 3 and 4 and the current and plasma shape controllers 5 and 6 are simulated, interconnected in an internal feedback loop with an algorithm for rebalancing at the input controller, and in the second 22 and third 23 industrial computers, two multidimensional switches 7, 8 and 9, 10 are used, by means of which the controller 5 is switched on the second computer 22 from the internal model 3 to the external model of object 2 and back to configure the control system on the internal model of object 3 and testing it on an external model of object 2, which is simulated on the first industrial computer 2, and allows simulating, together with the controller 5 connected to it, of the second computer 22, a real physical experiment on tokamak 1.

К каждому из трех промышленных компьютеров 2, 22 и 23 подключают автоматизированное рабочее место 11, 12 и 13, состоящее из персонального компьютера для разработки и моделирования систем управления плазмой в компьютерном времени с одним из дисплеев 14, 15 и 16 для визуализации моделирования процессов управления плазмой, осуществляют загрузку из персональных компьютеров автоматизированных рабочих мест 12 и 13 разработанных регуляторов 5 и 6 и моделей плазмы 3 и 4 в промышленные компьютеры 22 и 23, а также к трем промышленным компьютерам 2, 22 и 23 подключают дисплеи 14, 17 и 18 для визуализации внутренних процессов управления в реальном времени.Each of the three industrial computers 2, 22 and 23 is connected to an automated workplace 11, 12 and 13, consisting of a personal computer for developing and simulating plasma control systems in computer time with one of the displays 14, 15 and 16 for visualizing the simulation of plasma control processes , carry out loading from personal computers of workstations 12 and 13 developed controllers 5 and 6 and plasma models 3 and 4 to industrial computers 22 and 23, as well as to three industrial computers 2, 22 and 23 connect displays 14, 17 and 18 for visualization internal control processes in real time.

При этом к каждому из трех персональных компьютеров автоматизированных рабочих мест 11, 12 и 13 подключают сервер базы данных 19, посредством которого для всех автоматизированных рабочих мест 11, 12 и 13 загружают данные для разработки систем управления плазмой в компьютерном времени с дальнейшей загрузкой в промышленные компьютеры 2, 22 м 23 для целей моделирования систем управления плазмой в реальном времени и управления плазмой в реальном времени.At the same time, a database server 19 is connected to each of the three personal computers of workstations 11, 12 and 13, through which data is downloaded for all workstations 11, 12 and 13 for the development of plasma control systems in computer time with further loading into industrial computers 2, 22 m 23 for the purpose of modeling real-time plasma control systems and real-time plasma control.

Для осуществления управления плазмой в токамаке 1 третий промышленный компьютер 23 с автоматизированным рабочим местом 13 и дисплеем 18 устанавливают и подключают непосредственно к токамаку, настраивают регулятор 6 с алгоритмом восстановления равновесия плазмы на его входе на внутренней модели объекта 4 в реальном времени, переключают его на токамак 1 посредством переключателей 9 и 10 и управляют током и формой плазмой в реальном времени в течении плазменных разрядов.To control the plasma in tokamak 1, the third industrial computer 23 with workstation 13 and display 18 is installed and connected directly to the tokamak, the controller 6 is set up with the plasma rebalancing algorithm at its input on the internal model of the object 4 in real time, it is switched to the tokamak 1 via switches 9 and 10 and control the current and shape of the plasma in real time during plasma discharges.

Для развития систем управления плазмой посредством удаленного доступа изменяют регулятор 6 в третьем промышленном компьютере 23 на новый регулятор 6, настраивают его на внутренней модели объекта 4 и переключают на управление плазмой в токамаке 1 в реальном времени посредством двух многомерных переключателей 9 и 10.To develop plasma control systems via remote access, controller 6 in the third industrial computer 23 is changed to a new controller 6, tuned to the internal model of object 4, and switched to control plasma in tokamak 1 in real time using two multidimensional switches 9 and 10.

Заявляемый способ может быть применен для стабилизации положения сепаратрисы плазмы в вытянутых по вертикали токамаках при отражении действия возмущений типа малого срыва, а также заданию траектории движения сепаратрисы плазмы в течение диверторной фазы разряда.The proposed method can be used to stabilize the position of the plasma separatrix in vertically elongated tokamaks when reflecting the action of disturbances such as a small disruption, as well as to set the trajectory of the plasma separatrix during the divertor phase of the discharge.

Claims (12)

1. Способ магнитного управления плазмой в токамаках в реальном времени, характеризующийся тем, что включает имитацию плазмы в токамаке в реальном времени с диагностикой, исполнительными устройствами, контурами управления горизонтальным и вертикальным положением плазмы и токами в обмотках полоидального поля как модель объекта управления на трех промышленных компьютерах с устройствами связи с объектом управления,1. A method for real-time magnetic control of plasma in tokamaks, characterized by the fact that it includes simulating plasma in a tokamak in real time with diagnostics, actuators, control loops for the horizontal and vertical position of the plasma and currents in the poloidal field windings as a model of the control object at three industrial computers with communication devices with the control object, при этом на первом промышленном компьютере имитируют модель объекта управления, а на двух других промышленных компьютерах имитируют модель объекта управления и регулятор тока и формы плазмы, соединенных между собой в контур внутренней обратной связи с алгоритмом восстановления равновесия на входе регулятора,at the same time, on the first industrial computer, the model of the control object is simulated, and on the other two industrial computers, the model of the control object and the current and plasma shape controller are simulated, interconnected in an internal feedback loop with an equilibrium restoration algorithm at the controller input, а во втором и третьем промышленных компьютерах применяют по два многомерных переключателя, посредством которых переключают на втором компьютере регулятор с внутренней модели на внешнюю модель объекта и обратно для настройки системы управления на внутренней модели объекта и отработки ее на внешней модели объекта, которая моделируется на первом промышленном компьютере, и позволяет имитировать вместе с подключенным к ней регулятором второго компьютера реальный физический эксперимент на токамаке,and in the second and third industrial computers, two multidimensional switches are used, by means of which the regulator is switched on the second computer from the internal model to the external model of the object and vice versa to set up the control system on the internal model of the object and work it out on the external model of the object, which is modeled on the first industrial computer, and allows you to simulate, together with the controller of the second computer connected to it, a real physical experiment on a tokamak, причем к каждому из трех промышленных компьютеров подключают автоматизированное рабочее место, состоящее из персонального компьютера для разработки и моделирования систем управления плазмой в компьютерном времени с дисплеем для визуализации моделирования процессов управления плазмой, осуществляют загрузку из персональных компьютеров разработанных регуляторов и моделей плазмы в промышленные компьютеры, а также к трем промышленным компьютерам подключают дисплеи для визуализации внутренних процессов управления в реальном времени,moreover, an automated workstation is connected to each of the three industrial computers, consisting of a personal computer for developing and simulating plasma control systems in computer time with a display for visualizing the simulation of plasma control processes, loading the developed regulators and plasma models from personal computers into industrial computers, and displays are also connected to three industrial computers to visualize internal control processes in real time, к каждому из трех персональных компьютеров подключают сервер базы данных, посредством которого для всех автоматизированных рабочих мест загружают данные для разработки систем управления плазмой в компьютерном времени с дальнейшей загрузкой в промышленные компьютеры для целей моделирования систем управления плазмой в реальном времени и управления плазмой в реальном времени,a database server is connected to each of the three personal computers, through which data is downloaded for all workstations for the development of plasma control systems in computer time with further loading into industrial computers for the purpose of modeling real-time plasma control systems and real-time plasma control, третий промышленный компьютер с автоматизированным рабочим местом и дисплеем устанавливают и подключают непосредственно к токамаку, настраивают регулятор с алгоритмом восстановления равновесия плазмы на его входе на внутренней модели объекта в реальном времени, переключают его на токамак и управляют током и формой плазмы в реальном времени в течении плазменных разрядов,the third industrial computer with a workstation and a display is installed and connected directly to the tokamak, the regulator is set up with the plasma rebalancing algorithm at its input on the internal model of the object in real time, it is switched to the tokamak and the current and shape of the plasma are controlled in real time during the plasma discharges, для развития систем управления плазмой посредством удаленного доступа изменяют регулятор в третьем промышленном компьютере на новый регулятор, настраивают его на внутренней модели объекта и переключают на управление плазмой в токамаке в реальном времени посредством двух многомерных переключателей.for the development of plasma control systems through remote access, the controller in the third industrial computer is changed to a new controller, tuned on the internal model of the object, and switched to control the plasma in the tokamak in real time by means of two multidimensional switches. 2. Устройство магнитного управления плазмой в токамаках в реальном времени, характеризующееся тем, что содержит токамак в виде тороидальной камеры с магнитными катушками, диагностикой, исполнительными устройствами, контурами управления горизонтальным и вертикальным положением плазмы и токами в обмотках полоидального поля как объект управления,2. A device for real-time magnetic control of plasma in tokamaks, characterized in that it contains a tokamak in the form of a toroidal chamber with magnetic coils, diagnostics, actuators, control loops for the horizontal and vertical position of the plasma and currents in the poloidal field windings as a control object, при этом управляющее устройство состоит из трех промышленных компьютеров, на первом промышленном компьютере в реальном времени моделируется внешняя модель объекта управления, вход которой соединен через первый многомерный переключатель с выходом регулятора второго промышленного компьютера, а выход соединен с отрицательным входом первого сумматора через второй многомерный переключатель второго промышленного компьютера, выход регулятора соединен через первый многомерный переключатель со входом внутренней модели, выход которой соединен через второй многомерный переключатель с отрицательным входом сумматора, положительный вход сумматора соединен с генератором задающего воздействия внутри второго промышленного компьютера, выход первого сумматора подключен ко входу регулятора второго промышленного компьютера, второй вход первого промышленного компьютера соединен с первым выходом первого автоматизированного рабочего места, а второй выход первого автоматизированного рабочего места соединен со входом первого дисплея,in this case, the control device consists of three industrial computers, on the first industrial computer an external model of the control object is simulated in real time, the input of which is connected through the first multidimensional switch to the output of the controller of the second industrial computer, and the output is connected to the negative input of the first adder through the second multidimensional switch of the second industrial computer, the output of the controller is connected through the first multidimensional switch to the input of the internal model, the output of which is connected through the second multidimensional switch to the negative input of the adder, the positive input of the adder is connected to the generator of the setting action inside the second industrial computer, the output of the first adder is connected to the input of the regulator of the second industrial computer , the second input of the first industrial computer is connected to the first output of the first workstation, and the second output of the first workstation is connected to the input of the first display, второй выход второго промышленного компьютера соединен со входом сервера, первый выход которого соединен со входом первого автоматизированного рабочего места, а второй выход сервера подключен ко входу второго автоматизированного рабочего места, выход этого автоматизированного рабочего места соединен со вторым дисплеем, причем другой выход соединен со вторым входом второго промышленного компьютера,the second output of the second industrial computer is connected to the input of the server, the first output of which is connected to the input of the first workstation, and the second output of the server is connected to the input of the second workstation, the output of this workstation is connected to the second display, and the other output is connected to the second input second industrial computer, причем третий выход сервера дистанционно подключен ко входу третьего автоматизированного рабочего места, один выход которого соединен со входом третьего дисплея, а другой выход подключен ко входу третьего промышленного компьютера, соединенного своим выходом с четвертым дисплеем,moreover, the third output of the server is remotely connected to the input of the third workstation, one output of which is connected to the input of the third display, and the other output is connected to the input of the third industrial computer connected by its output to the fourth display, вход токамака через третий многомерный переключатель соединен с выходом второго регулятора, который через тот же многомерный переключатель подключен ко входу второй внутренней модели объекта управления, а выход этой модели через четвертый многомерный переключатель соединен с отрицательным входом второго сумматора, другой положительный вход этого сумматора соединен с генератором задающего воздействия внутри третьего промышленного компьютера, а выход соединен со входом второго регулятора, другой выход третьего автоматизированного рабочего места соединен с пятым дисплеем.the input of the tokamak through the third multidimensional switch is connected to the output of the second regulator, which is connected through the same multidimensional switch to the input of the second internal model of the control object, and the output of this model through the fourth multidimensional switch is connected to the negative input of the second adder, the other positive input of this adder is connected to the generator the setting action inside the third industrial computer, and the output is connected to the input of the second regulator, the other output of the third workstation is connected to the fifth display.
RU2021128495A 2021-09-29 Method for magnetic control of plasma in tokamak in real time and device for its implementation RU2773508C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773508C1 true RU2773508C1 (en) 2022-06-06

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116167247A (en) * 2023-04-21 2023-05-26 中国科学院合肥物质科学研究院 GS equation numerical calculation method based on Fengha Gnoff method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA81997C2 (en) * 2006-06-02 2008-02-25 Центральный Научно-Исследовательский Институт Вооружения И Военной Техники Вооруженных Сил Украины Method for adjustment of weight coefficients of system "adaline" at control of dynamical objects
RU2390800C2 (en) * 2008-04-16 2010-05-27 ФГУП Курский завод "Маяк" Method and device for measuring spectral and integral density of neutron stream
RU2702137C1 (en) * 2018-09-17 2019-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method of forming magnetic model of shape and current of plasma with feedback in tokamak

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA81997C2 (en) * 2006-06-02 2008-02-25 Центральный Научно-Исследовательский Институт Вооружения И Военной Техники Вооруженных Сил Украины Method for adjustment of weight coefficients of system "adaline" at control of dynamical objects
RU2390800C2 (en) * 2008-04-16 2010-05-27 ФГУП Курский завод "Маяк" Method and device for measuring spectral and integral density of neutron stream
RU2702137C1 (en) * 2018-09-17 2019-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method of forming magnetic model of shape and current of plasma with feedback in tokamak

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
R.D. Deranian, J.R. Ferron, D.A. Humphreys, R.D. Johnson et al. Integrated Plasma Control in Next-Generation Devices. Using DIII-D Modeling and Simulation Approaches. General Atomics Report GA-A24818. 2004. Павлов В.М., Система управления плазмой: учебное пособие,Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. 152 с.; F. Felici et al., Real-time physics-model-based simulation of thecurrent density profile in tokamak plasmas, Nuclear Fusion, Vol. 51, N 8, August 2011, page 83052. Mattew S Parsons, Interpretation of machine-learning-based disruption models for plasma control, Plasma Physics and Controlled Fusion, Vol. 59, N 8, 5 June 2017, page 85001. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116167247A (en) * 2023-04-21 2023-05-26 中国科学院合肥物质科学研究院 GS equation numerical calculation method based on Fengha Gnoff method
CN116167247B (en) * 2023-04-21 2023-07-11 中国科学院合肥物质科学研究院 GS equation numerical calculation method based on Fengha Gnoff method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106227935B (en) A kind of system and implementation method of satellite gravity anomaly integrative simulation
Walker et al. The ITER plasma control system simulation platform
Rossmann et al. A new approach to 3d simulation technology as enabling technology for erobotics
Strunz Flexible numerical integration for efficient representation of switching in real time electromagnetic transients simulation
CN105787161B (en) A kind of hierarchical modeling method of electric analog system
CN104298809A (en) Non-linear modeling solving method based on matrix index electromagnetic transient simulation
Janky et al. ASDEX Upgrade flight simulator development
Widl et al. FMI-based co-simulation of hybrid closed-loop control system models
RU2773508C1 (en) Method for magnetic control of plasma in tokamak in real time and device for its implementation
Clarke The energy kernel system
CN102707989A (en) Marine auxiliary boiler virtual control simulation system based on force feedback
Simon et al. Orccad: software engineering for real-time robotics. a technical insight
Nozhenkova et al. Creation of the base of a simulation model’s precedents for analysis of the spacecraft onboard equipment testing results
Caldognetto et al. Digital controller development methodology based on real-time simulations with LabVIEW FPGAc hardware-software toolset
Walker et al. Development environments for Tokamak plasma control
Kostygov et al. The state of and prospects for using hardware—software simulators of electrotechnical complexes
KR101830582B1 (en) Simulation Program of BESS Providing Frequency Response for Power System Analysis
Hafner et al. Using BCVTB for co-simulation between Dymola and MATLAB for multi-domain investigations of production plants
Azimian et al. Cross-platform comparison of standard power system components used in real time simulation
Velasquez et al. A low-cost hardware-in-the-loop real time simulation of control systems
Ozana et al. Numerical methods for discretization of continuous nonlinear systems used in SIL/PIL/HIL simulations
Mahseredjian et al. An overview of simulation tools for electromagnetic transients in power systems
CN105159140B (en) The emulation mode and device of real-time control system
Mohamed Implementation of model predictive control for three-phase inverter with output LC filter using DSP
Bormanis Development of energy consumption model for virtual commissioning software